一直有泵友們提關(guān)于卡特皮勒挖機(jī)上的一些問題，也強(qiáng)烈要求共軌之家做一期關(guān)于卡特皮勒中壓共軌系統(tǒng)介紹的專題。好吧，共軌之家服從民意。

什么是中壓共軌系統(tǒng)？

中壓輸油泵將中壓燃油輸送到共軌中消除壓力的脈動(dòng)，再分送至帶有增壓柱塞的噴油器中。當(dāng)高速電磁閥開關(guān)閥接收到電子控制裝置發(fā)送的指令信號(hào)后，就迅速開啟或關(guān)閉，從而控制噴油器工作，隨即通過高壓柱塞的增壓作用，將從共軌中來的中壓燃油加壓至高壓后噴出或停止噴射?

中壓共軌系統(tǒng)又包括共軌蓄壓式和共軌液壓式。共軌蓄壓式的控制油和噴射油均來自共軌管。而共軌液壓式的控制油來自共軌管，噴射油來自燃油輸油泵，所以該系統(tǒng)的控制油和噴射油可以采用不同物質(zhì)?其典型代表有日本電裝公司的高壓共軌式噴油系統(tǒng)ECD-U2，英國盧卡斯公司的LDCR型高壓共軌噴油系統(tǒng)，德國奔馳公司的OM611柴油機(jī)上的電控高壓共軌噴油系統(tǒng)，美國BKM公司的Servo-jet共軌蓄壓式電控噴射系統(tǒng)，美國卡特皮勒公司的HEUI共軌液壓式噴射系統(tǒng)?

美國卡特皮勒公司HEUI系統(tǒng)具有共軌式柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，屬第二代電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)?該系統(tǒng)的控制功能包括：燃油噴射控制、進(jìn)氣控制、起動(dòng)控制、故障自診斷、失效保護(hù)和應(yīng)急備用，同時(shí)還具有與其他控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?/span>。HEUI系統(tǒng)的噴油量控制采用了“壓力控制”方式，通過由傳感器、ECU和執(zhí)行元件等組成的控制系統(tǒng)，對(duì)循環(huán)噴油量?噴油正時(shí)?噴油速率和噴油壓力進(jìn)行控制?

HEUI系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1.中壓共軌電控液壓式噴射系統(tǒng)，共軌中油壓在40～230Bar，機(jī)油泵輸出低壓油300KPa至高壓機(jī)油泵（斜盤式軸向柱塞泵），由ECU控制共軌中的壓力調(diào)節(jié)閥達(dá)到最佳性能值；

2.系統(tǒng)共軌中不用燃油而用柴油機(jī)潤滑油，有潤滑油和燃油兩套油路；

3.采用機(jī)油共軌油道油壓驅(qū)動(dòng)燃油增壓活塞，對(duì)燃油增壓，實(shí)現(xiàn)高壓噴油，增壓活塞的大小活塞面積比約為7：1，噴射壓力可達(dá)1600Bar；

4.利用高速開關(guān)電磁閥控制共軌油道中機(jī)油進(jìn)出增壓活塞，實(shí)現(xiàn)燃油壓力的上升與下降，從而實(shí)現(xiàn)噴油的定時(shí)控制；

5.通過采用預(yù)噴油道控制初期噴油率來實(shí)現(xiàn)預(yù)噴；

6.噴油壓力與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷無關(guān)。

一、HEUI系統(tǒng)的布局

系統(tǒng)布局如下圖所示：

電路布局如下圖所示：

二、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊ECM

發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊是基于兩個(gè)32位微處理器體系的ECM，負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制，監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，由此提供精確的燃油計(jì)量和噴射正時(shí)控制。并記錄發(fā)動(dòng)機(jī)故障，實(shí)行發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)視和保護(hù)。

ECM給各傳感器供電，同時(shí)回收處理各傳感器輸出的信號(hào)，并依此給發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出相應(yīng)指令來控制發(fā)動(dòng)機(jī)。

ECM有兩個(gè)接口，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)線束接口，另一個(gè)整車線束接口。

三、傳感器

1、轉(zhuǎn)速正時(shí)傳感器

該傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置信號(hào)輸入給ECM。在某些苛刻的應(yīng)用中裝有備用的轉(zhuǎn)速正時(shí)傳感器，一旦主傳感器出現(xiàn)故障，ECM可以主動(dòng)切換到備用傳感器，且不影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。

傳感器包含了三根信號(hào)線：

第一根線：從ECM提供13.2V的電壓給傳感器（精度±0.5V）；

第二根線：地線；

第三根線：信號(hào)電壓輸入給ECM。

傳感器感知凸輪軸齒輪上的齒型，沒讀到一個(gè)齒便將信號(hào)傳輸給ECM。當(dāng)讀到特殊的齒型時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)的位置信號(hào)傳輸給ECM。安裝位置如上圖所示。

2、溫度傳感器

如下所示為機(jī)油、冷卻水和燃油溫度傳感器，它持續(xù)監(jiān)測(cè)以上介質(zhì)的溫度并將之反饋給ECM。

冷卻水溫度傳感器測(cè)量冷卻水的溫度且將之反饋給ECM，ECM利用此信號(hào)來決定噴射時(shí)間、調(diào)整噴油量計(jì)算值，且保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)不至于過熱。

機(jī)油溫度傳感器測(cè)量機(jī)油的溫度且將之反饋給ECM，ECM利用此信號(hào)保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)不至于由于潤滑性差而受損。

燃油溫度傳感器測(cè)量燃油溫度且將之反饋給ECM，ECM利用此信號(hào)調(diào)整噴油量計(jì)算值，油溫功率矯正。

傳感器包含了三根信號(hào)線：

第一根線：從ECM提供13.2V的電壓給傳感器（精度±0.5V）；

第二根線：地線；

第三根線：信號(hào)電壓輸入給ECM（正常工作電壓0.5~4.5V）。

如果輸出電壓接近于供電電壓，說明傳感器開路。如果輸出電壓接近于0V，則說明傳感器短路。

3、壓力傳感器

發(fā)動(dòng)機(jī)主要壓力傳感器包括機(jī)油壓力傳感器、噴射壓力傳感器、爆壓傳感器、大氣壓力傳感器等。

壓力傳感器監(jiān)控各部分壓力，并將信號(hào)反饋給ECM。壓力信號(hào)用以調(diào)整噴射量或者發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)。

傳感器包含了三根信號(hào)線：

第一根線：從ECM提供13.2V的電壓給傳感器（精度±0.5V）；

第二根線：地線；

第三根線：信號(hào)電壓輸入給ECM（正常工作電壓0.5~4.5V）。

4、冷卻液位傳感器

冷卻液位傳感器用以監(jiān)控冷卻水的液位情況。它安裝在滿箱位置以下。如果冷卻水液位低于傳感器的安裝位置，傳感器將會(huì)發(fā)送液位低的信號(hào)給ECM。

傳感器有四根線：

第一根線：5V的電源線；

第二根線：液位正常信號(hào)線；

第三根線：傳感器回路；

第四根線：液位過低。

5、節(jié)氣門開度傳感器

節(jié)氣門開度傳感器監(jiān)控節(jié)氣門開度，且將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成PWM信號(hào)輸送給ECM。

該傳感器有三根線：

第一根線：電源線（8 ± 0.5V）；

第二根線：地線；

第三根線：信號(hào)線。

油門踏板傳感器與之類似。

四、主要執(zhí)行器和部件

3406E、C-9、C-10、C-12和3196的主要執(zhí)行器是噴油器和油泵，除此之外，3126B、3408E和3412E還有一個(gè)噴射驅(qū)動(dòng)壓力閥。這里先講講噴射驅(qū)動(dòng)壓力閥。

噴射驅(qū)動(dòng)壓力閥用來控制HEUI的機(jī)油壓力，它作為HEUI泵重要的一個(gè)部分安裝在外部，以便于維修。

與其它共軌系統(tǒng)一樣，HEUI系統(tǒng)也能提供任意發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、任意運(yùn)行條件所需要的噴射壓力。這個(gè)通過控制驅(qū)動(dòng)機(jī)油的壓力來實(shí)現(xiàn)。HEUI機(jī)油泵壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油提供給HEUI噴油器所需的噴射壓力。

噴射驅(qū)動(dòng)壓力閥正是裝在機(jī)油泵上，且用來控制機(jī)油的壓力，而多余的機(jī)油回到油底殼。與油量計(jì)量單元類似，噴射驅(qū)動(dòng)壓力閥也是由電子驅(qū)動(dòng)，ECM控制輸入的電流從而控制機(jī)油壓力的大小。電流越大，所提供的機(jī)油壓力就越高。

下圖所示是C-9的燃油泵結(jié)構(gòu)圖。特別提到的是油泵里有一個(gè)泄壓閥，這與其它共軌系統(tǒng)的泄壓閥類似，主要是起安全保護(hù)作用。

五、HEUI噴油器主要零部件及工作原理

HEUI噴油器也可以產(chǎn)生超過1600bar的噴射壓力，它由電磁閥、錐閥、增壓閥、柱塞套、油嘴偶件和噴油器體等部分組成，如下圖所示：

1、電磁閥、銜鐵和錐閥

上部1/3主要包括電磁閥、銜鐵和錐閥。銜鐵與錐閥連在一起。通電的情況下電磁閥產(chǎn)生強(qiáng)有力的電磁力吸引銜鐵向上運(yùn)動(dòng)，銜鐵進(jìn)而帶動(dòng)錐閥向上抬起，錐閥下座打開，高壓驅(qū)動(dòng)機(jī)油進(jìn)入噴油器推動(dòng)增壓閥活塞。同時(shí)，錐閥上座關(guān)閉，阻止驅(qū)動(dòng)機(jī)油泄露出噴油器。如下圖所示：

2、增壓閥

HEUI噴油器中部包括增壓活塞、柱塞頂桿和柱塞頂桿回位彈簧等。如下圖所示：

增壓活塞頂部面積約為柱塞頂桿端面積的6倍多。此差異可以將機(jī)油壓力放大并傳輸給燃油噴射壓力。比如：如果機(jī)油壓力僅為240bar，那么通過增壓閥放大后的噴射壓力可超過1600bar。這就是HEUI實(shí)現(xiàn)高壓噴射的原理。

如上圖所示，柱塞套與柱塞頂桿偶配在一起。二者像一個(gè)醫(yī)用注射器一樣給油嘴泵油。

如前所述，柱塞套與柱塞頂桿是偶配件，間隙僅為3微米左右。因而該組件可以提供極高壓力的燃油噴射壓力。

柱塞套上還加工有一個(gè)預(yù)噴油道。此油道可在柱塞頂桿下行沖程中頃刻釋放燃油實(shí)現(xiàn)噴油器的預(yù)噴。

3、油嘴

HEUI的油嘴與卡特泵噴嘴的油嘴類似，其結(jié)構(gòu)與工作原理同其它共軌產(chǎn)品的油嘴也類似。

當(dāng)燃油壓力約為300bar的時(shí)候，作用在針閥上的液壓力克服油嘴彈簧力而抬起開始噴射。針閥開始抬起的壓力稱為油嘴開啟壓力。而當(dāng)燃油壓力下降低于275bar的時(shí)候，針閥下行關(guān)閉停止噴射。針閥開始關(guān)閉的壓力稱為油嘴關(guān)閉壓力。

4、HEUI噴油器工作原理

我們可以將HEUI噴油器工作過程分為五個(gè)階段，分別為噴射準(zhǔn)備、預(yù)噴、噴射延遲、主噴和噴射結(jié)束。

當(dāng)電磁閥不通電的時(shí)候，各部件均在彈簧力的作用下位于原始位置，稱為噴射準(zhǔn)備階段。

HEUI有一個(gè)特有的性能，叫做PRIME（Pre-injection Metering），中文叫做預(yù)噴調(diào)節(jié)。PRIME由前面所述的預(yù)噴油道的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，它將單次大油量噴射分為兩次獨(dú)立的噴射：預(yù)噴和主噴。

柱塞頂桿下行過程中產(chǎn)生短暫的噴射噴入燃燒室。而當(dāng)柱塞繼續(xù)下行至預(yù)噴油道時(shí)，高壓燃油會(huì)通過預(yù)噴油道排出回流，從而導(dǎo)致噴射過程短暫停止。直至活塞繼續(xù)下行關(guān)閉預(yù)噴通道以后，主噴才開始。這個(gè)短暫的噴射停止階段稱為噴射延遲。

一旦電磁閥停止通電，噴射結(jié)束。

5、HEUI噴油器常見失效模式

1）錐閥密封面磨損

2）柱塞頂桿導(dǎo)向或柱塞套磨損

3）油嘴噴孔積碳

4）油嘴噴孔磨損

5）預(yù)噴量孔油道堵塞

6）單向球閥閥座磨損

以上關(guān)于失效沒有真實(shí)失效件的圖片，請(qǐng)泵友們?cè)?。下次拍了一定補(bǔ)上，謝謝大家。

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